Validierung eines Open-source-Modells für die Simulation von PEM-Brennstoffzellen und Anwendung auf eine luftatmende Brennstoffzelle

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der dreidimensionalen und mehrphasigen CFD-Simulation von PEM-Brennstoffzellen. Dabei wird die Validierung eines in OpenFOAM implementierten Modells zur Gesamtzellensimulation anhand von drei, von verschiedenen Forschungsgruppen vorgestellten, Experimenten durchgeführt.
Aufbauend auf der Modellvalidierung wird die Anwendbarkeit des Modells auf eine luft-atmende Brennstoffzelle überprüft. In diesem Zusammenhang wird der Einfluss der Orientierung auf die Transportprozesse in einer luftatmenden Brennstoffzelle mit zylindrischer Form untersucht. Dafür wird sowohl die Brennstoffzelle, als auch deren Umgebung beachtet. Die bei variierender Orientierung auftretenden Unterschiede von Naturkonvektion, Temperatur und Massenverteilung von Wasser und Sauerstoff werden dargestellt und diskutiert. Zusätzlich wird auf die Grenzen des verwendeten Modells und mögliche Verbesserungen hingewiesen.